智能家居安防GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錦州中學(xué) 關(guān)雯馨 王新蕊

1.引言

隨著現(xiàn)代家居生活水平的不斷改善，人們對(duì)財(cái)產(chǎn)、人身安全的要求也越來越高。高效智能的家居安防系統(tǒng)為人們生活提供了重要的安全保障，面向用戶手機(jī)的遠(yuǎn)程智能家居安防監(jiān)測(cè)尤為必要[1]。傳統(tǒng)的家居安防系統(tǒng)多以有線為主，布線繁雜影響家庭裝修，維護(hù)困難且不易組網(wǎng)，用戶無法及時(shí)遠(yuǎn)程獲取報(bào)警信息進(jìn)行處理[2,3]。本文基于GPRS無線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種智能家居安防GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，采用傳感器無線組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了燃?xì)饣馂?zāi)監(jiān)測(cè)、多點(diǎn)防盜監(jiān)測(cè)、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等完善的家居安防功能，并通過GPRS及時(shí)將安防警情通過短信和電話通知給用戶手機(jī)，可通過手機(jī)APP訪問網(wǎng)絡(luò)攝像頭遠(yuǎn)程查看實(shí)時(shí)圖像，在第一時(shí)間消除安全隱患。解決了安防布線復(fù)雜、難以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等問題[4,5]，為智能家居提供了高效低成本的遠(yuǎn)程安防解決方案。

2.系統(tǒng)總體構(gòu)成和原理

智能家居安防GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)、單片機(jī)控制單元、無線收發(fā)模塊、GPRS模塊、網(wǎng)絡(luò)攝像頭以及用戶手機(jī)六部分組成，完成盜情監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、火情監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程報(bào)警功能等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。煙霧傳感器、紅外傳感器、門磁傳感器等傳感器與終端主機(jī)構(gòu)成室內(nèi)安防傳感網(wǎng)，采集數(shù)據(jù)對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，傳感報(bào)警信息通過433MHz短距無線通信模塊發(fā)送給主機(jī)，單片機(jī)控制單元采用STC12C5A60S2為控制核心，通過無線接收模塊SC2272接收?qǐng)?bào)警數(shù)據(jù)，若有報(bào)警則由GPRS模塊發(fā)送報(bào)警短信及撥打用戶手機(jī)，用戶也可通過手機(jī)APP登錄網(wǎng)絡(luò)攝像頭對(duì)家居監(jiān)控實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行查看，便于及時(shí)處理報(bào)警，通過遙控器可以進(jìn)行安防系統(tǒng)的布放和撤防。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 主控模塊電路

主控制模塊采用高速/低功耗微控制器STC12C5A60S2作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，控制433MHz無線通信模塊接收各傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)警信號(hào)并進(jìn)行處理，并通過串口以AT指令控制GPRS模塊向用戶手機(jī)進(jìn)行短信及電話報(bào)警。其最小系統(tǒng)電路包括串行下載接口，晶振及串行接口。

3.2 傳感器電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用紅外熱釋電感應(yīng)模塊HC-SR501作為檢測(cè)人為入侵的元件。其核心處理芯片為BISS0001，構(gòu)成被動(dòng)式熱釋電紅外開關(guān)，在布放狀態(tài)下，如有人進(jìn)入布放區(qū)域則開關(guān)閉合輸出報(bào)警信號(hào)，配合球形菲涅爾透鏡，提高了對(duì)人體紅外檢測(cè)的靈敏度。

火災(zāi)報(bào)警傳感器采用離子煙霧探測(cè)報(bào)警芯片MC14468，完成對(duì)煙霧探測(cè)、報(bào)警的功能。煤氣檢測(cè)采用MQ-2可燃?xì)怏w傳感器監(jiān)視室內(nèi)燃?xì)鉂舛?，如有燃?xì)鉂舛瘸瑯?biāo)則發(fā)出高電平報(bào)警信號(hào)。

門磁、窗磁傳感器結(jié)合紅外線探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)有人非法入侵的檢測(cè)。其原理為磁開關(guān)，門磁開關(guān)打開時(shí)，上拉電阻給出高電平，發(fā)送報(bào)警信號(hào)通過無線傳輸給單片機(jī)報(bào)警。

溫濕度傳感器DHT-11用來測(cè)量環(huán)境溫濕度信息，并作為火災(zāi)報(bào)警的重要參數(shù)。采用單總線方式連接到單片機(jī)的一個(gè)IO口，通過串行方式上報(bào)溫濕度參數(shù)。

圖2 SC2262無線報(bào)警發(fā)送電路

3.3 無線收發(fā)模塊電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中采用433MHz無線SC2262發(fā)射模塊和接收模塊SC2272實(shí)現(xiàn)傳感器無線組網(wǎng)。各傳感器報(bào)警信號(hào)通過SC2262無線傳送給主機(jī)的接收模塊SC2272。SC2262為低功耗通用編碼無線發(fā)射芯片，具有12位三態(tài)編碼，用于報(bào)警數(shù)據(jù)無線發(fā)射。如圖2所示，當(dāng)傳感器報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)SC2262發(fā)射時(shí)，SC2262無線發(fā)出當(dāng)前地址編碼和數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的主機(jī)接收模塊SC2272可收到報(bào)警信息及編碼并觸發(fā)報(bào)警。

無線接收模塊SC2272是與SC2262配對(duì)使用的無線解碼芯片，接收SC2262發(fā)送的報(bào)警地址編碼和數(shù)據(jù)；當(dāng)SC2272的當(dāng)前地址與SC2262地址一致時(shí)，當(dāng)解碼得到有“1”數(shù)據(jù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端為高電平向單片機(jī)進(jìn)行報(bào)警。

3.4 GPRS無線模塊電路

系統(tǒng)采用GPRS無線模塊SIM800實(shí)現(xiàn)主機(jī)向用戶手機(jī)的遠(yuǎn)程短信及撥號(hào)報(bào)警功能。SIM800A通過串口AT指令控制可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、短信（SMS）、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ躘6]。GPRS模塊電路由SIM800芯片、SIM卡電路、串行接口、供電電路等部分構(gòu)成，如圖3所示。單片機(jī)對(duì)SIM800控制方式通過串口TXD、RXD發(fā)送AT指令，完成呼叫、收發(fā)短信報(bào)警功能，。電路中LM2941穩(wěn)壓芯片提供4.2V的工作電壓。模塊工作需SIM卡在線入網(wǎng)支持[7]，U1為SIM卡電路，通過SIMDATA、SIMCLK、SIMRST引腳完成對(duì)SIM卡的數(shù)據(jù)讀寫操作。Q1及DS1構(gòu)成模塊工作指示電路，并指示模塊工作狀態(tài)。

圖3 GPRS無線模塊電路

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能家居安防主機(jī)軟件包括對(duì)各個(gè)傳感器報(bào)警數(shù)據(jù)的接收，事件判別處理、GPRS無線遠(yuǎn)程報(bào)警和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苣K。安防主機(jī)在系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化，首先對(duì)環(huán)境溫度以及濕度進(jìn)行采集和顯示，然后系統(tǒng)判斷是否進(jìn)行布防操作，如果未布防，系統(tǒng)自動(dòng)返回，如果布防，系統(tǒng)將檢測(cè)節(jié)點(diǎn)報(bào)警信息，如果各節(jié)點(diǎn)均未報(bào)警，再自動(dòng)返回，如果有節(jié)點(diǎn)發(fā)生報(bào)警情況，將顯示報(bào)警信息，同時(shí)無線終端對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行處理、組幀加密，通過串口與GPRS模塊交互數(shù)據(jù)，通過AT指令控制SIM800模塊向用戶手機(jī)發(fā)送短信和撥打電話進(jìn)行報(bào)警。

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

5.測(cè)試結(jié)果與分析

在布防狀態(tài)下，對(duì)安防主機(jī)和各傳感器進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試在出現(xiàn)警情時(shí)各傳感器報(bào)警、主機(jī)向用戶手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警是否正確可靠。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。測(cè)試表明，系統(tǒng)各傳感器測(cè)試動(dòng)作正常，進(jìn)入室內(nèi)紅外感應(yīng)報(bào)警正常，燃?xì)釺EST測(cè)試及門磁、窗磁報(bào)警可靠，手機(jī)報(bào)警短信和撥號(hào)測(cè)試功能正常，手機(jī)APP監(jiān)控視頻功能正常?？梢?，系統(tǒng)完成了智能家居安防遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能，性能可靠，達(dá)到了智能家居遠(yuǎn)程安防監(jiān)測(cè)的應(yīng)用要求。

圖4 手機(jī)報(bào)警和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

6.結(jié)論

為實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程無線安防報(bào)警的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了基于無線傳感組網(wǎng)和GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的智能家居安防監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)以無線方式構(gòu)成家居安防傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)控制器對(duì)家庭各傳感器的報(bào)警狀況聯(lián)合檢測(cè)、GPRS短信和撥號(hào)報(bào)警以及手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看監(jiān)控視頻等安防功能。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，該安防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能家居的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能，功能完善、報(bào)警可靠，可滿足智能家居安防遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的需求。

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